PBAT أقرب إلى الكمال من العديد من البوليمرات Ⅰ

لا توجد بوليمرات مثالية – بوليمرات توازن بين الخصائص الفيزيائية والتأثيرات البيئية – ولكن البولي بيوتيلين تيريفثاليت (PBAT) أقرب إلى الكمال من الكثير.

بعد عقود من الفشل في وقف منتجاتهم التي ينتهي بها الأمر في مدافن النفايات والمحيطات، يتعرض صانعو البوليمرات الاصطناعية لضغوط لتحمل المسؤولية. يضاعف الكثيرون جهودهم لتشجيع إعادة التدوير لدرء الانتقادات. وتحاول شركات أخرى معالجة مشكلة النفايات من خلال الاستثمار في المواد البلاستيكية الحيوية القابلة للتحلل مثل حمض البوليلاكتيك (PLA) واسترات الأحماض الدهنية المتعددة الهيدروكسي (PHA)، على أمل أن يؤدي التحلل الطبيعي إلى تخفيف بعض النفايات على الأقل.

لكن كلاً من إعادة التدوير والبوليمرات الحيوية يواجهان عقبات. على سبيل المثال، على الرغم من سنوات من الجهود، لا تزال الولايات المتحدة تقوم بإعادة تدوير أقل من 10% من المواد البلاستيكية. وتكافح البوليمرات ذات الأساس الحيوي - غالبًا ما تكون منتجات التخمير - لتحقيق أداء وحجم البوليمرات الاصطناعية التي من المفترض أن تحل محلها.

يجمع PBAT بين بعض الخصائص المفيدة للبوليمرات الاصطناعية والحيوية. وهو مشتق من المنتجات البتروكيماوية الشائعة - حمض التريفثاليك المكرر (PTA)، والبوتانديول وحمض الأديبيك، ولكنه قابل للتحلل الحيوي. وباعتباره بوليمرًا صناعيًا، يمكن إنتاجه بسهولة بكميات كبيرة، كما أنه يتمتع بالخصائص الفيزيائية اللازمة لصنع أفلام مرنة مماثلة لتلك الموجودة في البلاستيك التقليدي.

الاهتمام بـ PBAT آخذ في الارتفاع. ويشهد المنتجون الراسخون مثل شركة BASF الألمانية وشركة Novamont الإيطالية زيادة في الطلب بعد عقود من رعاية السوق. وينضم إليهم أكثر من ستة منتجين آسيويين يتوقعون ازدهار أعمال البوليمر مع سعي الحكومات الإقليمية لتحقيق الاستدامة.

يعتقد مارك فيربروجن، الرئيس التنفيذي السابق لشركة NatureWorks المصنعة لـ PLA وهو الآن مستشار مستقل، أن PBAT هو "أرخص وأسهل منتج للبلاستيك الحيوي من حيث التصنيع" ويعتقد أن PBAT أصبح البلاستيك الحيوي المرن البارز، فهو يتفوق على بولي سكسينات بوتانيديول إستر ( PBS) والمنافسين PHA. ومن المرجح أن يتم تصنيفه إلى جانب PLA باعتباره أهم نوعين من المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي، والتي يقول إنها أصبحت المنتج المهيمن في التطبيقات الصلبة.

وقال راماني نارايان، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة ولاية ميشيغان، إن نقطة البيع الرئيسية لـ PBAT - قابليتها للتحلل الحيوي - تأتي من روابط الإستر، بدلاً من الهيكل الكربوني الكربوني في البوليمرات غير القابلة للتحلل مثل البولي إيثيلين. يتم تحلل روابط الإستر بسهولة وتتلف بواسطة الإنزيمات.

على سبيل المثال، حمض البوليلاكتيك و PHA عبارة عن بوليسترات تتحلل عندما تنكسر روابط الإستر الخاصة بها. لكن البوليستر الأكثر شيوعًا - البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، المستخدم في الألياف وزجاجات الصودا - لا يتحلل بسهولة. وذلك لأن الحلقة العطرية الموجودة في هيكلها تأتي من PTA. ووفقا لنارايان، فإن الحلقات التي تعطي خصائص هيكلية تجعل من مادة PET كارهة للماء. وقال: "ليس من السهل دخول الماء، كما أنه يبطئ عملية التحلل المائي بأكملها".

وتقوم شركة "باسف" بتصنيع مادة البولي بيوتيلين تيريفثاليت (PBT)، وهو بوليستر مصنوع من البيوتانديول. بحث باحثو الشركة عن بوليمر قابل للتحلل يمكنهم إنتاجه بسهولة. لقد استبدلوا بعض PTA في PBT بحمض الجليكوليك ثنائي الحمض الدهني. وبهذه الطريقة، يتم فصل الأجزاء العطرية من البوليمر بحيث تكون قابلة للتحلل الحيوي. وفي الوقت نفسه، يتم ترك ما يكفي من PTA لإعطاء البوليمر خصائص فيزيائية قيمة.

يعتقد نارايان أن PBAT أكثر قابلية للتحلل بيولوجيًا قليلاً من PLA، الأمر الذي يتطلب تحلل السماد الصناعي. ولكنها لا تستطيع التنافس مع PHAs المتوفرة تجاريًا، والتي تكون قابلة للتحلل في الظروف الطبيعية، حتى في البيئات البحرية.

غالبًا ما يقارن الخبراء الخصائص الفيزيائية لـ PBAT بالبولي إيثيلين منخفض الكثافة، وهو بوليمر مرن يستخدم في صناعة الأفلام، مثل أكياس القمامة.

غالبًا ما يتم خلط PBAT مع PLA، وهو بوليمر صلب ذو خصائص تشبه البوليسترين. تعتمد ماركة Basf's Ecovio على هذا المزيج. على سبيل المثال، يقول فيربروجين إن حقيبة التسوق القابلة للتحلل تحتوي عادةً على 85% من PBAT و15% من PLA.

يضيف Novamont بعدًا آخر إلى الوصفة. تقوم الشركة بخلط PBAT وغيرها من البوليسترات العطرية الأليفاتية القابلة للتحلل الحيوي مع النشا لإنشاء راتنجات لتطبيقات محددة.

وقال ستيفانو فاكو، مدير تطوير الأعمال الجديد للشركة: "على مدار الثلاثين عامًا الماضية، ركزت شركة Novamont على التطبيقات التي يمكن أن تضيف فيها قدرات التحلل قيمة إلى المنتج نفسه. "

أحد الأسواق الكبيرة لـ PBAT هو المهاد، الذي ينتشر حول المحاصيل لمنع الأعشاب الضارة والمساعدة في الاحتفاظ بالرطوبة. عند استخدام فيلم البولي إيثيلين، يجب سحبه ودفنه غالبًا في مدافن النفايات. ولكن يمكن زراعة الأغشية القابلة للتحلل مباشرة في التربة.

سوق كبير آخر هو أكياس القمامة القابلة للتحلل للخدمات الغذائية وجمع النفايات الغذائية والمخلفات المنزلية.

تم بيع الحقائب من شركات مثل BioBag، التي استحوذت عليها شركة Novamont مؤخرًا، لدى تجار التجزئة لسنوات.